MEMS传感器

MEMS传感器一般是把敏感单元和信号处理电路集成在一个芯片上。这样，传感器不仅能够感知被测参数，将其转换成方便度量的信号，而且能对所得到的信号进行分析、处理和识别、判断，因此被称为智能传感器。MEMS传感器的主要优点有以下几点。

a．可提高信噪比。在同一个芯片上进行信号传输前可放大信号以提高信号水平，减小干扰和传输的噪声，特别是同一芯片上进行A/D转换时，更能改善信噪比。

b．可改善传感器性能。因这种传感器集成了敏感元件、放大电路和补偿电路（如微型压力传感器），在同一芯片上在实现传感探测的同时具有信号处理的功能（在同一芯片上的反馈电路可改善输出的线性度和频响特性）：因为集成了补偿电路，可降低由温度或由应变等因素引起的误差；在同一芯片上的电压式电流源可提供自动的或周期性的自校准和自诊断。

。，输出信号的调节功能。集成在芯片上的电路可以在信号传输前预先完成A/D转换、阻抗匹配、输出信号格式化以及信号平均等信号调节和处理工作。

d．MEMS传感器还可以把多个相同XC2C32-4PC44C.html" target="_blank" title="XC2C32-4PC44C">XC2C32-4PC44C的敏感元件集成在同一芯片上形成传感器阵列（如微型触觉传感器）；或把不同的敏感元件集成在同一芯片上实现多功能传感（如微型气敏传感器）。

e．由于MEMS传感器体积微小，重量极轻，因此其附加质量等因素对被测系统的影响可似忽略不计，可提高测量精度。

MEMS传感器种类繁多，可用来测量的参量很多，主要可分为以下几类。

a．压力传感器：通常有测量绝对压力的传感器和计量压力的传感器。

b．热学传感器：温度、热量和热流传感器。

c．力学传感器：力、压强、速度、加速度和位置传感器。

d．化学传感器：化学浓度、化学成分和反应率传感器。

e．磁学传感器：磁场强度、磁通密度和磁化强度传感器。

f．辐射传感器：电磁波强度、磁通密度和磁化强度传感器。

g．电学传感器：电压、电流和电荷传感器。

就应用领域来讲：包括军事、生物医学、汽车业等。

本节以常用的几类MEMS传感器：压力传感器、高g值加速度传感器和气体流量传感器为例作简要介绍。

(1)MEMS压力传感器MEMS型压力传感器可分为压阻式、电容式和压电式，一般是压阻式的。主要有3种测量类型的压力传感器——绝压、差压、表压（包括真空表压和双向压力）。绝压传感器具有内部真空基准及与绝对压力成比例的输出电压差压传感器，可利用压力传感器隔膜任一侧的压力进行表压或差压测量。

MEMS压力传感器性能指标高、尺寸小、成本低，广泛应用于各种压力的测量，如航空系统中的压力测量，车辆中空气压力测量和轮胎、液压系统．供油系统的压力测量等。

在进行压力传感器选择时，应考虑以下因素：材料、化学物质、浓度、温度、暴露时间、暴露形式、故障准则，应用环境，器件保护和在这区域的其他设备器件。

计算精度或总误差。当选择一压力传感器时，总误差影响是重要的。计算总误差的二个方法是：均方根平方和(RootSumSquare，SquareRootoftheSumoftheSquare，R．S．S．)及最大值，最坏情况误差。实际上，R．S．S．方法给出精确的最现实值，在最坏情况误差方法情况下，一个压力传感器所有误差都处在最大情况的可能性是微乎其微的。

(2)高g值加速度传感器硅高g值加速度传感器是能够测量高冲击加速度值的特殊传感器。高量程加速度传感器在军事领域当中具有非常重要的应用价值，最典型的用途是作为导弹或炮弹的引信，特别是应用在侵彻硬目标的钻地弹和穿甲弹的引信系统。引信中应用的加速度传感器要求适应高过载、高响应速度、高环境压力的环境条件，以及具有体积小、成本低等特点。、目前国内外主要使用基于压阻原理的加速度计来做大量程加速度的测量。

目前只有少数几个大公司有此类产品，能达到军用要求的有美国ENDEVCO公司的7270系列等。根据使用的要求，在选用时主要依据量程、最大过载、响应频率和线性度，线性度好的售价相对较高。美国ENDEVCO公司高g值加速度传感器主要技术指标。

(3)气体流量传感器硅MEMS气体流量传感器是在硅上采用硅微机械加工方法制成悬桥式或热膜式的气体流量传感器，能够分辨极小的气体流量，同时动态范围非常大。主要用于潜艇舱内进行气体微流量检测，战车进气流量检测，战机机载雷达冷却系统空气流量的实时监控和环控系统进行飞机座舱空气流量检测等。

在选用硅MEMS气体流量传感器时，主要选择流量范围和准确度，其他的指标基本差别比较小。

国外生产硅MEMS气体流量传感器的公司有美国Honeywell公司等。

国内MEMS传感器的主要供应单位有沈阳工业仪表研究所、中国电子科技集团公司第十三研究所、中国电子科技集团公司第四十九研究所。

MEMS器件虽然只有很短的历史，但发展迅速，已在各类工程和装备中得到十分广泛的使用。在实际使用过程中，对MEMS器件的可靠性质量的认识不断深化，开始积累起相关的可靠性知识和经验。表2-49是MEMS器件典型的失效模式和失效机理，可以作为选择器件的参考和使用时的注意事项。